沖擊地壓防治

主講人：毛德兵煤礦沖擊地壓科技萬(wàn)里行

——走進(jìn)淄礦集團(tuán)

沖擊地壓防治基本概念及其新進(jìn)展主要內(nèi)容1.科技萬(wàn)里行的目的與意義2.掛靠單位介紹3.沖擊地壓防治基本概念4.沖擊地壓研究新進(jìn)展5.結(jié)語(yǔ)1.目的與意義巖石力學(xué)專業(yè)委員會(huì)是中國(guó)煤炭學(xué)會(huì)直屬的25個(gè)專業(yè)委員會(huì)中成立最早的專委會(huì)之一，成立時(shí)間為1980年,1996年更名為巖石力學(xué)與支護(hù)專業(yè)委員會(huì)。掛靠單位：天地科技股份有限公司開采設(shè)計(jì)研究分院專委會(huì)每年舉辦一次全國(guó)性學(xué)術(shù)研討會(huì)，自2008年以來(lái)，利用國(guó)內(nèi)沖擊地壓知名專家均為專委會(huì)委員的條件連續(xù)6年開展了巖石力學(xué)與支護(hù)的難題——沖擊地壓防治專題研討會(huì)。受制于基層防沖人員參會(huì)困難，專委員利用掛靠單位專業(yè)力量開展沖擊地壓防治技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)培訓(xùn)，解決專題研討會(huì)互動(dòng)少、基層科技人員少的缺點(diǎn)，促進(jìn)沖擊地壓防治技術(shù)的推廣。2掛靠單位介紹采礦技術(shù)研究所專門從事采煤方法、礦山壓力與巖層控制、沖擊地壓防治研究及礦壓監(jiān)測(cè)儀器開發(fā)的機(jī)構(gòu)。是由原煤科總院北京開采研究所采煤工藝研究室、礦山壓力與控制研究室、儀器室及巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)室組建而成。目前擁有各類人員76人，其中博士9名、碩士31名，研究員5名、高級(jí)工程師7名、工程師14名。2掛靠單位介紹煤科院北京開采研究所辦公室采煤室礦壓室機(jī)電室支架室1957～1964年北京開采所機(jī)構(gòu)設(shè)置煤科院北京開采研究所采煤室回采工作面支護(hù)室巷道支護(hù)室礦用特種油品室特殊采煤室1985年北京開采所機(jī)構(gòu)設(shè)置液壓支架室礦山壓力室計(jì)算機(jī)應(yīng)用室儀器儀表室?guī)r石力學(xué)與材料試驗(yàn)室液壓支架試驗(yàn)室■煤巖物理力學(xué)參數(shù)測(cè)定與煤巖沖擊傾向性鑒定■采煤方法研究與論證

■工作面設(shè)備選型與配套、總體設(shè)計(jì)■采掘工作面沖擊危險(xiǎn)性、頂板安全性評(píng)價(jià)■安全高效開采工藝研究與技術(shù)指導(dǎo)■工作面礦壓規(guī)律研究與頂板災(zāi)害防治■沖擊地壓、頂板災(zāi)害危險(xiǎn)區(qū)域監(jiān)測(cè)預(yù)警■沖擊地壓防治技術(shù)研究■礦用儀器、裝備研發(fā)與生產(chǎn)■堅(jiān)硬頂板處理與破碎圍巖加固主要研究領(lǐng)域（1）開發(fā)了適合我國(guó)不同煤層條件的開采方法和工藝

綜合機(jī)械化放頂煤開采已成為我國(guó)厚及特厚煤層實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效的主要開采方法；率先提出的大采高綜放開采技術(shù)已成為特厚煤層實(shí)現(xiàn)單面年產(chǎn)1000萬(wàn)噸的重要技術(shù)途徑；急傾斜薄及中厚煤層走向長(zhǎng)壁機(jī)械化開采技術(shù)與裝備研發(fā)填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外空白；正在開展的急傾斜厚煤層大采高綜采將進(jìn)一步拓展大采高綜采的應(yīng)用范圍。采礦所近年主要成果（2）以沖擊傾向性測(cè)定、沖擊危險(xiǎn)性區(qū)域劃分、微震與地音及礦壓監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)、卸壓解危、效果檢驗(yàn)等技術(shù)為基礎(chǔ)，形成了沖擊地壓防治成套技術(shù)

根據(jù)沖擊地壓發(fā)生過(guò)程與能量釋放原理提出了沖擊地壓?jiǎn)?dòng)理論和剩余能量理論；在新疆神新、河南義馬、山東新汶、吉林遼源、內(nèi)蒙古平莊、遼寧撫順及龍煤雙鴨山、七臺(tái)河等多個(gè)礦區(qū)進(jìn)行了采掘工作面沖擊地壓防治工作，達(dá)到了預(yù)期效果。

采礦所近年主要成果（3）頂板災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、頂板災(zāi)害預(yù)警平臺(tái)及無(wú)線通訊系統(tǒng)的研發(fā)為我國(guó)煤礦頂板災(zāi)害的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警及無(wú)線礦山建設(shè)提供了條件

頂板災(zāi)害監(jiān)測(cè)與預(yù)警技術(shù)被國(guó)家局列入2012年“四個(gè)一批”，“頂板災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研發(fā)及其應(yīng)用”項(xiàng)目獲煤炭工業(yè)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(jiǎng)。采礦所近年主要成果（4）用先進(jìn)適用技術(shù)及管理經(jīng)驗(yàn)改造和提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，以采煤方法改革為突破點(diǎn)，全面參與我國(guó)中小煤礦升級(jí)改造進(jìn)程，創(chuàng)造了彬縣下溝模式、蘆子溝模式、攀枝花模式及鄂爾多斯模式。

采礦所近年主要成果（5）通過(guò)代理波蘭微震、地音系統(tǒng)，開發(fā)沖擊地壓應(yīng)力在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及多參量沖擊地壓過(guò)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)沖擊地壓的全方位監(jiān)測(cè)。

采礦所近年主要成果采礦所近年獲獎(jiǎng)成果采礦所近年獲獎(jiǎng)成果

沖擊地壓是井巷或周圍的煤巖體由于變形能釋放,而產(chǎn)生的一種以突然、急劇、猛烈的破壞為特征的動(dòng)力現(xiàn)象,是礦壓的一種特殊顯現(xiàn)形式。沖擊地壓發(fā)生時(shí)，經(jīng)常伴隨巨大的聲響和強(qiáng)烈的震動(dòng)，并伴有大量煤巖體拋出和沖擊波，是嚴(yán)重威脅煤礦安全生產(chǎn)的典型動(dòng)力災(zāi)害之一。

沖擊地壓歷史

國(guó)外：270年歷史，1738年英國(guó)記載第一次；中國(guó)：65年歷史，1933年撫順勝利礦第一次。3

沖擊地壓防治基本概念

沖擊地壓的概念沖擊地壓的特點(diǎn)突發(fā)性

沒有明顯的宏觀前兆而突然發(fā)生，過(guò)程短暫（持續(xù)幾秒到幾十秒），難以事先準(zhǔn)確確定發(fā)生時(shí)間、地點(diǎn)和強(qiáng)度。瞬時(shí)震動(dòng)性

過(guò)程急劇而短暫，伴有巨大聲響和強(qiáng)烈震動(dòng)，重型設(shè)備被移動(dòng)，人員被彈起摔倒，震動(dòng)范圍可達(dá)幾千米甚至幾十千米，地面有震感，但震動(dòng)持續(xù)時(shí)間一般不超過(guò)幾十秒。巨大破壞性

頂板可能瞬間明顯下沉，但一般不冒落；底板可能突然開裂鼓起甚至接頂；常有大量煤塊甚至上百立方米的煤體突然破碎從煤壁拋出，堵塞巷道，破壞支架。造成慘重的人員傷亡和巨大的經(jīng)濟(jì)損失。復(fù)雜性

在自然地質(zhì)條件上，除褐煤以外的各種煤種都記錄到?jīng)_擊現(xiàn)象，采深從200~1000m，地質(zhì)構(gòu)造從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，煤層從薄特厚，傾角從水平到急斜，頂板包括砂巖、灰?guī)r、油母頁(yè)巖等都發(fā)生過(guò)沖擊地壓。3

沖擊地壓防治基本概念

沖擊地壓的分類1983年《沖擊地壓煤層安全開采暫行規(guī)定》中規(guī)定了我國(guó)煤礦沖擊地壓分類方法：根據(jù)破壞后果一般沖擊地壓破壞性沖擊地壓沖擊地壓事故根據(jù)顯現(xiàn)強(qiáng)度等級(jí)123456里氏地震級(jí)0.5~1.01.1~1.51.6~2.02.1~2.52.6~3.0≥3.03

沖擊地壓防治基本概念沖擊類型多種多樣構(gòu)造型、重力型和混合型斷層錯(cuò)動(dòng)型、頂板斷裂與煤體壓縮型沖擊

發(fā)生條件極為復(fù)雜硬煤、硬頂，硬煤、非堅(jiān)硬頂?shù)装澹ㄜ浢海好号c瓦斯突出），深部礦井、淺部礦井發(fā)展趨勢(shì)日益嚴(yán)重發(fā)生區(qū)域、頻度、強(qiáng)度都在增加。3

沖擊地壓防治基本概念

沖擊地壓顯現(xiàn)特點(diǎn)省份礦井?dāng)?shù)百分比黑龍江128.45%吉林32.11%遼寧128.45%北京64.23%河北42.82%山東4330.28%山西64.23%河南85.63%安徽32.11%省份礦井?dāng)?shù)百分比江蘇74.93%江西21.41%重慶21.41%四川42.82%甘肅42.82%新疆21.41%湖南149.86%貴州107.04%總計(jì)142100%

3

沖擊地壓防治基本概念

沖擊地壓礦井分布（1）參與沖擊地壓的煤巖體具有沖擊傾向性（2）力源條件（采深大—自重、構(gòu)造應(yīng)力、應(yīng)力集中）（3）存在誘發(fā)煤巖釋放能量的條件（采掘活動(dòng)、放炮等）。3

沖擊地壓防治基本概念

沖擊地壓發(fā)生基本條件

沖擊地壓防治基本方法（1）改變煤巖體的力學(xué)特性（沖擊傾向性）：注水軟化、爆破弱化（2）改變應(yīng)力條件，降低應(yīng)力集中程度：開采解放層、爆破卸壓、大直徑鉆孔卸壓、水力壓裂、小煤柱護(hù)巷、無(wú)煤柱開采等（3）減小采掘活動(dòng)對(duì)圍巖穩(wěn)定性的影響：降低開采強(qiáng)度、減少巷道擴(kuò)修（寬巷掘進(jìn)）、加強(qiáng)支護(hù)等3

沖擊地壓防治基本概念

沖擊地壓防治基本流程煤巖沖擊傾向性測(cè)定（新礦井、新水平、新采區(qū)）根據(jù)煤巖結(jié)構(gòu)及應(yīng)力分布情況評(píng)價(jià)擬開采區(qū)域沖擊危險(xiǎn)性——采掘前沖擊危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)階段：優(yōu)化采法，優(yōu)化巷道布置開采階段：制訂監(jiān)測(cè)、防治措施對(duì)危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)及預(yù)警對(duì)預(yù)警區(qū)域進(jìn)行解危及解危效果檢驗(yàn)3

沖擊地壓防治基本概念

沖擊地壓防治難點(diǎn)特大型構(gòu)造失穩(wěn)誘發(fā)的沖擊地壓（1）特厚堅(jiān)硬上覆巖層活動(dòng)誘發(fā)的沖擊：礦井開采后期關(guān)閉（2）落差幾十米以上大斷層活化誘發(fā)的沖擊：留大煤柱（3）地震誘發(fā)的沖擊地壓-----構(gòu)造區(qū)域避免人員停留沖擊地壓發(fā)生時(shí)間的準(zhǔn)確預(yù)報(bào)分析礦井沖擊地壓發(fā)生前后地音監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、礦壓數(shù)據(jù)，可以初步確定提前時(shí)間沖擊地壓防治過(guò)程中巷道煤體卸壓與支護(hù)對(duì)卸壓過(guò)程中錨桿、錨索受力及巷道變形量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，優(yōu)化卸壓參數(shù)，達(dá)到兩者的統(tǒng)一3

沖擊地壓防治基本概念

沖擊地壓防治受到國(guó)家相關(guān)部門的高度重視1987年制訂了《沖擊地壓煤層開采暫行規(guī)定》、《沖擊的預(yù)測(cè)預(yù)防技術(shù)規(guī)范》2010年9月頒布《山東省煤礦沖擊地壓防治規(guī)定（試行）》2014年

《煤礦安全規(guī)程》全面修訂，沖擊地壓內(nèi)容首次作為單獨(dú)一部分進(jìn)行修訂，內(nèi)容更豐富3

沖擊地壓防治基本概念

沖擊地壓防治受到國(guó)家相關(guān)部門的高度重視2014年7月國(guó)家安全監(jiān)管總局等四部門出臺(tái)煤礦生產(chǎn)能力管理辦法和核定標(biāo)準(zhǔn)

《辦法》規(guī)定，有下列情形之一的煤礦，應(yīng)當(dāng)組織進(jìn)行生產(chǎn)能力核定：……出現(xiàn)煤與瓦斯突出現(xiàn)象；被鑒定為高瓦斯礦井或沖擊地壓礦井；采深突破1000米等；…?！掇k法》對(duì)核增生產(chǎn)能力作出嚴(yán)格限制，開采煤與瓦斯突出、沖擊地壓煤層的生產(chǎn)礦井，原則上不再擴(kuò)大生產(chǎn)能力。國(guó)家煤礦安監(jiān)局辦公室關(guān)于開展沖擊地壓礦井產(chǎn)能調(diào)研的函(煤安監(jiān)司函辦〔2014〕21號(hào))為重新核定沖擊地壓礦井的生產(chǎn)能力，核減不具備安全保障能力的產(chǎn)能，在全國(guó)范圍內(nèi)開展沖擊地壓礦井產(chǎn)能調(diào)研。4.沖擊地壓研究新進(jìn)展4.1斷層活化規(guī)律及其誘發(fā)沖擊的防治4.2

頂板與沖擊地壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用4.1斷層活化規(guī)律及其誘發(fā)沖擊的防治

斷層活化是一個(gè)能量的逐漸積累繼而釋放，最終分散的過(guò)程。斷層活化導(dǎo)致斷層面上的膠結(jié)物被剪斷，斷層由粘結(jié)狀態(tài)變?yōu)殚_裂狀態(tài)，同時(shí)伴隨巨大的能量釋放，斷層周圍介質(zhì)也會(huì)做適應(yīng)性調(diào)整運(yùn)動(dòng)。對(duì)于采掘工作面，斷層的存在使工作面超前支承壓力產(chǎn)生了顯著的不連續(xù)。

斷層對(duì)工作面超前支承壓力分布的影響4.1斷層活化規(guī)律及其誘發(fā)沖擊的防治4.1斷層活化規(guī)律及其誘發(fā)沖擊的防治斷層延展長(zhǎng)度對(duì)微震事件分布規(guī)律的影響4.1斷層活化規(guī)律及其誘發(fā)沖擊的防治F31F28斷層延展長(zhǎng)度對(duì)微震事件分布規(guī)律的影響F314.1斷層活化規(guī)律及其誘發(fā)沖擊的防治斷層落差對(duì)微震事件的影響F31F284.1斷層活化規(guī)律及其誘發(fā)沖擊的防治F284.1斷層活化規(guī)律及其誘發(fā)沖擊的防治傾向斷層對(duì)微震事件的影響斷層整體破壞性活化發(fā)生在工作面距斷層一定距離處，過(guò)了此處，斷層活化減弱。F28F1F24.1斷層活化規(guī)律及其誘發(fā)沖擊的防治走向斷層兩盤受力較均勻，活化作用不強(qiáng)，如圖中的F1斷層。對(duì)于落差較大、上下盤應(yīng)力差較大的斷層活化容易誘發(fā)大能量事件，如F2斷層。走向斷層對(duì)微震事件的影響F28F1F24.1斷層活化規(guī)律及其誘發(fā)沖擊的防治F13F9斷層性質(zhì)對(duì)微震事件的影響加強(qiáng)沖擊地壓礦井?dāng)鄬訕?gòu)造探測(cè)

優(yōu)化采掘工作面布置

提前誘發(fā)、卸壓

加強(qiáng)斷層活化監(jiān)測(cè)與預(yù)警

4.1斷層活化規(guī)律及其誘發(fā)沖擊的防治斷層構(gòu)造型沖擊地壓防治原則KDZ1114-6B304.1斷層活化規(guī)律及其誘發(fā)沖擊的防治巷道超前構(gòu)造探測(cè)(MSP)圖1縱波波速CT反演切片圖（單位m/ms）

PASATM便攜式微震監(jiān)測(cè)儀4.1斷層活化規(guī)律及其誘發(fā)沖擊的防治工作面超前探測(cè)9.9事件4.1斷層活化規(guī)律及其誘發(fā)沖擊的防治微震監(jiān)測(cè)采礦所開發(fā)了以KJ21頂板與沖擊地壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為核心的“頂板災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)及預(yù)警平臺(tái)”。2012年采礦所主持完成的“礦井頂板災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究與應(yīng)用”項(xiàng)目獲中國(guó)煤炭工業(yè)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)；

2013年3月，我所完成的“基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的高可靠性頂板災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”被專家鑒定為“國(guó)際領(lǐng)先水平”。4.2

頂板與沖擊地壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用工作面支架阻力監(jiān)測(cè)支架狀態(tài)監(jiān)測(cè)巷道離層監(jiān)測(cè)煤巖應(yīng)力監(jiān)測(cè)錨桿錨索受力監(jiān)測(cè)巷道變形監(jiān)測(cè)視頻監(jiān)測(cè)光纖環(huán)網(wǎng)無(wú)線通訊系統(tǒng)KJ21系統(tǒng)硬件架構(gòu)4.2

頂板與沖擊地壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用（1）采用高可靠性濺射薄膜壓力傳感器，確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性濺射薄膜壓力傳感器是即在10級(jí)超潔凈空間中，利用離子束濺射技術(shù)，將絕緣材料、電阻材料、焊接材料以分子形式淀積在彈性不銹鋼膜片上，再經(jīng)過(guò)光刻、調(diào)阻，溫度補(bǔ)償?shù)裙ば?，在彈性不銹鋼膜片表面上形成牢固而穩(wěn)定的惠斯頓電橋。較傳統(tǒng)的人工或機(jī)器貼應(yīng)變片式傳感器，更耐久，更精確。濺射薄膜壓力傳感器工藝流程傳統(tǒng)應(yīng)變片式壓力傳感器工藝流程4.2

頂板與沖擊地壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)國(guó)內(nèi)頂板監(jiān)測(cè)采用定時(shí)采樣，間隔1-5分鐘，而支架移架全過(guò)程約20-120秒，無(wú)法準(zhǔn)確捕捉移架過(guò)程中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，無(wú)法對(duì)災(zāi)害前的先兆信息預(yù)警。對(duì)于動(dòng)力災(zāi)害監(jiān)測(cè)，最短數(shù)據(jù)采集時(shí)間達(dá)秒級(jí)和毫秒級(jí)創(chuàng)新設(shè)計(jì)了“智能型”傳感器采樣模式：壓力每變化0.1MPa（可調(diào)）記錄一次數(shù)據(jù)。（2）首次開發(fā)了秒級(jí)和毫秒級(jí)智能采樣方式，能夠準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)支架動(dòng)作全過(guò)程。4.2

頂板與沖擊地壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)（3）系統(tǒng)具有自動(dòng)上傳緩存數(shù)據(jù)功能，確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的連續(xù)性傳感器內(nèi)部擁有緩存，線路故障后，閃存內(nèi)至少能夠存儲(chǔ)15天的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，當(dāng)系統(tǒng)恢復(fù)后，自動(dòng)上傳閃存內(nèi)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)的完整、不間斷。4.2

頂板與沖擊地壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

秒級(jí)、毫秒級(jí)智能采樣方式對(duì)帶寬及傳輸速度要求較高，電纜傳輸無(wú)法滿足，開發(fā)了基于光纖傳輸?shù)捻敯鍨?zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，保證了系統(tǒng)數(shù)據(jù)的可靠、穩(wěn)定傳輸。（4）開發(fā)了兼容電纜、光纖及無(wú)線傳輸方式的頂板災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)4.2

頂板與沖擊地壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)無(wú)線傳輸方式的頂板災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)4.2

頂板與沖擊地壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用4.2

頂板與沖擊地壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用KJ21A沖擊地壓多參量過(guò)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)KJ21A沖擊地壓多參量過(guò)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)效果4.2

頂板與沖擊地壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用

50年的礦壓理論研究積累+30年的頂板監(jiān)測(cè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)+軟件開發(fā)=頂板災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警7個(gè)回采工作面頂板災(zāi)害預(yù)警指標(biāo)：支架初撐力、末阻力、安全閥開啟率、來(lái)壓步距、不平衡率、不保壓率、地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域。錨桿工作狀態(tài)9個(gè)預(yù)警指標(biāo)：最大值、上限